말뚝의 횡방향 이격거리를 고려한 터널굴착이 인접 단독말뚝 및 군말뚝에 미치는 영향에 대한 연구 A study on the effect of tunnelling to adjacent single piles and pile groups considering the transverse distance of pile tips from the tunnel원문보기
본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 말뚝에 인접한 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 터널로부터 말뚝선단의 횡방향 이격거리를 고려하여 분석하였다. 단독말뚝 및 간격 2.5d인 $5{\times}5$ 군말뚝을 고려하였다. 여기서 d는 말뚝의 직경을 의미한다. 수치해석에서는 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced) 으로 인해 유발된 말뚝침하, 전단응력, 상대변위, 축력분포, 겉보기안전율 및 터널굴착 영향권을 고찰하였다. 말뚝이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝두부의 침하는 Greenfield 조건의 지표면 침하보다 최대 대략 111% 크게 산정되었고, 군말뚝의 경우 단독말뚝과 비교하여 말뚝침하가 크고 축력이 작게 나타났는데 이는 군말뚝내의 말뚝이 인접지반과 함께 블록(block)의 형태로 거동하는 것으로 분석되었다. 또한 말뚝의 상부에서는 상향의 마찰 저항력이 발생하고 말뚝의 하부에서는 하향의 마찰 저항력이 발생하여 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 인해 말뚝에는 인장력을 발생시켰다. 한편 말뚝이 영향권 외부에 존재할 경우 말뚝에는 tunnelling-induced 압축력이 발생하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-침하 관계로부터 말뚝의 겉보기안전율을 계산한 결과 터널굴착 이전에 비해 대략 45% 감소된 것으로 나타났다. 따라서 이는 말뚝의 사용성에 심각한 문제를 유발시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 지반침하 영향권에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 심도 있게 고찰하였다.
본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 말뚝에 인접한 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 터널로부터 말뚝선단의 횡방향 이격거리를 고려하여 분석하였다. 단독말뚝 및 간격 2.5d인 $5{\times}5$ 군말뚝을 고려하였다. 여기서 d는 말뚝의 직경을 의미한다. 수치해석에서는 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced) 으로 인해 유발된 말뚝침하, 전단응력, 상대변위, 축력분포, 겉보기안전율 및 터널굴착 영향권을 고찰하였다. 말뚝이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝두부의 침하는 Greenfield 조건의 지표면 침하보다 최대 대략 111% 크게 산정되었고, 군말뚝의 경우 단독말뚝과 비교하여 말뚝침하가 크고 축력이 작게 나타났는데 이는 군말뚝내의 말뚝이 인접지반과 함께 블록(block)의 형태로 거동하는 것으로 분석되었다. 또한 말뚝의 상부에서는 상향의 마찰 저항력이 발생하고 말뚝의 하부에서는 하향의 마찰 저항력이 발생하여 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 인해 말뚝에는 인장력을 발생시켰다. 한편 말뚝이 영향권 외부에 존재할 경우 말뚝에는 tunnelling-induced 압축력이 발생하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-침하 관계로부터 말뚝의 겉보기안전율을 계산한 결과 터널굴착 이전에 비해 대략 45% 감소된 것으로 나타났다. 따라서 이는 말뚝의 사용성에 심각한 문제를 유발시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 지반침하 영향권에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 심도 있게 고찰하였다.
In the present work, a number of three-dimensional (3D) parametric numerical analyses have been carried out to study the influence of tunnelling on the behaviour of adjacent piles considering the transverse distance of the pile tip from the tunnel. Single piles and $5{\times}5$ piles insi...
In the present work, a number of three-dimensional (3D) parametric numerical analyses have been carried out to study the influence of tunnelling on the behaviour of adjacent piles considering the transverse distance of the pile tip from the tunnel. Single piles and $5{\times}5$ piles inside a group with a spacing of 2.5d were considered, where d is the pile diameter. In the numerical modelling, several key issues, such as the tunnelling-induced pile settlements, the interface shear stresses, the relative shear displacements, the axial pile forces, the apparent factors of safety and zone of influence have been rigorously analysed. It has been found that when the piles are inside the influence zone, the pile head settlements are increased up to about 111% compared to those computed from the Greenfield condition. Larger pile settlements and smaller axial pile forces are induced on the piles inside the pile groups than those computed from the single piles since the piles responded as a block with the surrounding ground. Also tensile pile forces are induced associated with the upward resisting skin friction at the upper part of pile and the downward acting skin friction at the lower part of pile. On the contrary, when the piles were outside the influence zone, tunnelling-induced compressive pile forces developed. Based on computed load and displacement relation of the pile, the apparent factor of safety of the piles was reduced up to about 45%. Therefore the serviceability of the piles may be substantially reduced. The pile behaviour, when considering the single piles and the pile groups with regards to the influence zone, has been analysed by considering the key features in great details.
In the present work, a number of three-dimensional (3D) parametric numerical analyses have been carried out to study the influence of tunnelling on the behaviour of adjacent piles considering the transverse distance of the pile tip from the tunnel. Single piles and $5{\times}5$ piles inside a group with a spacing of 2.5d were considered, where d is the pile diameter. In the numerical modelling, several key issues, such as the tunnelling-induced pile settlements, the interface shear stresses, the relative shear displacements, the axial pile forces, the apparent factors of safety and zone of influence have been rigorously analysed. It has been found that when the piles are inside the influence zone, the pile head settlements are increased up to about 111% compared to those computed from the Greenfield condition. Larger pile settlements and smaller axial pile forces are induced on the piles inside the pile groups than those computed from the single piles since the piles responded as a block with the surrounding ground. Also tensile pile forces are induced associated with the upward resisting skin friction at the upper part of pile and the downward acting skin friction at the lower part of pile. On the contrary, when the piles were outside the influence zone, tunnelling-induced compressive pile forces developed. Based on computed load and displacement relation of the pile, the apparent factor of safety of the piles was reduced up to about 45%. Therefore the serviceability of the piles may be substantially reduced. The pile behaviour, when considering the single piles and the pile groups with regards to the influence zone, has been analysed by considering the key features in great details.
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문제 정의
기존 연구에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 영향권 분석시 단순하게 말뚝의 침하량만을 고려했으며, Dias and Bezuijen (2014a; 2014b) 및 Lee and Jeon (2015)의 연구를 제외하고는 매우 제한적이기 때문에 이를 명확하게 영향권에 대해 규명하지 못하고 있으며, 특히 군말뚝의 거동에 대한 연구는 사실상 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통해 단독 및 군말뚝의 인근에서 실시되는 터널시공에 의한 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 터널굴착 영향권을 중심으로 분석하고, 터널의 위치에 대한 말뚝선단(단독 및 군말뚝)의 횡방향 이격거리를 변경시키면서 터널근접 시공에 의한 말뚝에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 군말뚝의 거동을 말뚝의 상대위치(외곽 및 중앙)에 따라 분석하여 터널굴착이 말뚝에 미치는 영향을 심도 있게 고찰하였다.
본 연구에서는 터널근접 시공에 의한 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 다양한 횡방향 이격거리에 대해 3차원 유한요소해석을 실시하여 분석하였다. 이를 통해 터널에 대한 말뚝의 횡방향 상대위치를 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 유발된 말뚝의 침하, 전단응력, 상대변위, 축력분포 및 터널굴착 영향권에 대하여 상세히 고찰하였고, 이를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
가설 설정
군말뚝의 경우 말뚝중심간의 간격이 2.5d인 5×5 말뚝을 가정하였다.
2(c)에 나타나 있다. 본 해석에서 지하수위는 존재하지 않는 것으로 가정하였다.
수치해석에서는 말뚝의 시공에 의한 근입효과 및 이로 따른 지반의 응력변화는 포함시키지 않았으므로 본 연구에서 가정한 말뚝은 현장타설말뚝의 거동과 유사하다고 가정할 수 있다. 터널의 굴착은 종방향(Y)에 대하여 ‒5D에서 5D(‒40 m∼+40 m)구간 사이에서 실시되었다(Fig.
2 m 하부에 위치하고 있다. 지표면에서 50 m 하부까지 풍화토층으로 구성된 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 터널에 대한 말뚝선단(단독말뚝 및 군말뚝)의 상대위치(횡방향 이격거리)를 고려하여 말뚝의 거동을 분석하기 위해 해석을 수행하였는데, 터널중심으로부터 말뚝의 중심까지의 거리를 횡방향으로 0-24 m 이격시켜 해석을 수행하였다(단독말뚝 및 군말뚝: Hp = 0D, 0.
터널의 굴착은 각 단계별로 1 m씩 실시되는 것으로 가정하여 총 80단계에 걸쳐서 실시되었다. 터널굴착 단계가 종료된 이후 굴착면에 두께 200 mm의 숏크리트를 타설하였는데, 터널굴착 직후에는 연성 숏크리트로 가정하여 5,000 MPa의 탄성계수를 적용하였으며, 이를 다음 굴착단계에서 강성 숏크리트의 물성치로 변환하여 15,000 MPa의 탄성계수를 가지는 것으로 가정하였다. 해석 결과의 분석을 위하여 임의의 심도에서 말뚝의 축력 P는 P = σ zz)avg×Ap 식으로 산정하였다.
1절에서 설명). 터널의 굴착은 각 단계별로 1 m씩 실시되는 것으로 가정하여 총 80단계에 걸쳐서 실시되었다. 터널굴착 단계가 종료된 이후 굴착면에 두께 200 mm의 숏크리트를 타설하였는데, 터널굴착 직후에는 연성 숏크리트로 가정하여 5,000 MPa의 탄성계수를 적용하였으며, 이를 다음 굴착단계에서 강성 숏크리트의 물성치로 변환하여 15,000 MPa의 탄성계수를 가지는 것으로 가정하였다.
제안 방법
6(a)∼(c)는 다양한 횡방향 이격거리에서의(Hp = 0D, 1D, 2D) 단독말뚝 및 군말뚝의 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 유발된 정규화된 말뚝의 전단응력의 분포를 정규화된 말뚝의 심도(Z/L)에 대하여 보여주고 있다. 군말뚝에 대해서는 Hp = 0D 인 경우 중앙말뚝(centre pile, 2번 말뚝)과 모서리말뚝(corner pile, 3번 말뚝)을, Hp = 1D, 2D인 경우 말뚝의 대칭이 성립하지 않으므로 1번, 2번 및 3번 말뚝을 고려하였다. 모든 이격거리에 대해 군말뚝의 경우 단독말뚝과 유사한 분포를 보이나 상대적으로 작은 전단응력이 발현된다.
6(a)∼(c)는 다양한 횡방향 이격거리에서의(Hp = 0D, 1D, 2D) 단독말뚝 및 군말뚝의 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 유발된 정규화된 말뚝의 전단응력의 분포를 정규화된 말뚝의 심도(Z/L)에 대하여 보여주고 있다. 군말뚝에 대해서는 Hp = 0D 인 경우 중앙말뚝(centre pile, 2번 말뚝)과 모서리말뚝(corner pile, 3번 말뚝)을, Hp = 1D, 2D인 경우 말뚝의 대칭이 성립하지 않으므로 1번, 2번 및 3번 말뚝을 고려하였다. 모든 이격거리에 대해 군말뚝의 경우 단독말뚝과 유사한 분포를 보이나 상대적으로 작은 전단응력이 발현된다.
9(a)∼(c)는 Hp = 0D, 1D, 2D 위치에서 단독말뚝 및 군말뚝에 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 유발된 정규화된 말뚝 축력(△P/P0)을 정규화된 말뚝의 심도(Z/L)에 대하여 보여주고 있다. 군말뚝의경우 Hp = 0D에 대해서는 중앙말뚝(centre pile, 2번말뚝)과 모서리말뚝(corner pile, 3번 말뚝)을, Hp =1D, 2D에 대해서는 말뚝의 대칭이 성립하지 않으므로 1-3번 말뚝을 고려하였다. Fig.
따라서 본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통해 단독 및 군말뚝의 인근에서 실시되는 터널시공에 의한 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 터널굴착 영향권을 중심으로 분석하고, 터널의 위치에 대한 말뚝선단(단독 및 군말뚝)의 횡방향 이격거리를 변경시키면서 터널근접 시공에 의한 말뚝에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 군말뚝의 거동을 말뚝의 상대위치(외곽 및 중앙)에 따라 분석하여 터널굴착이 말뚝에 미치는 영향을 심도 있게 고찰하였다.
말뚝설계하중 작용하에서 말뚝-지반 사이의 경계면 굴착으로 인한 기존에 존재하는 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하기 위해 터널굴착 이전 말뚝두부에 하중을 3단계(500 kN→1,000 kN→1,715 kN)에 걸쳐 단계별로 증가시켜 설계하중(P0)을 말뚝두부에 작용시켰다.
말뚝 및 숏크리트에는 등방탄성모델(isotropic elastic model)이 적용되었고, 풍화토에는 비관련흐름법칙(non-associasted flow rule) 및 MohrCoulomb의 파괴기준(failure criterion)을 따르는 탄소성 모델을 적용하였다. 말뚝의 경우 말뚝주변의 흙 요소(soil element)를 따로 지정하여 말뚝주변에서 발생하는 흙의 거동을 분석 할 수 있도록 하였으며, 터널막장면의 숏크리트 라이닝 또한 변위 및 휨모멘트를 분석할 수 있도록 흙 요소를 별도로 지정하였다. 말뚝의 시공으로 유발된 말뚝주면-지반 경계면에서의 강도감소를 고려하기 위하여 강도감소계수(Rint =0.
본 연구에서는 3차원 유한요소해석 프로그램인 Plaxis 3D (Plaxis, 2012)를 이용하여 터널굴착에 따른 말뚝의 거동을 모사하여 터널에 대한 말뚝선단(단독 및 군말뚝)의 횡방향 이격거리에 따른 말뚝의 거동을 분석하였다. Fig.
지표면에서 50 m 하부까지 풍화토층으로 구성된 것으로 가정하였다. 본 연구에서는 터널에 대한 말뚝선단(단독말뚝 및 군말뚝)의 상대위치(횡방향 이격거리)를 고려하여 말뚝의 거동을 분석하기 위해 해석을 수행하였는데, 터널중심으로부터 말뚝의 중심까지의 거리를 횡방향으로 0-24 m 이격시켜 해석을 수행하였다(단독말뚝 및 군말뚝: Hp = 0D, 0.5D, 1D, 2D, 3D). 말뚝의 직경(d)은 0.
말뚝설계하중 작용하에서 말뚝-지반 사이의 경계면 굴착으로 인한 기존에 존재하는 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하기 위해 터널굴착 이전 말뚝두부에 하중을 3단계(500 kN→1,000 kN→1,715 kN)에 걸쳐 단계별로 증가시켜 설계하중(P0)을 말뚝두부에 작용시켰다. 이를 통해 사용 중인 말뚝의 거동을 모사했으며 이후 터널의 단계별 굴착을 진행시켰다.
본 연구에서는 터널근접 시공에 의한 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 다양한 횡방향 이격거리에 대해 3차원 유한요소해석을 실시하여 분석하였다. 이를 통해 터널에 대한 말뚝의 횡방향 상대위치를 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 유발된 말뚝의 침하, 전단응력, 상대변위, 축력분포 및 터널굴착 영향권에 대하여 상세히 고찰하였고, 이를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
터널의 굴착을 모사하기 위하여 탄-소성해석을 실시하였으며 특히 말뚝-지반 경계면에는 소성항복(plastic yielding)이 발생하는 경우 미끄러짐(slip)의 발생을 허용하는 경계요소(interface element)를 적용하여 말뚝-인접지반 경계면에서의 전단응력전이 과정을 분석 할 수 있도록 하였다. 특히 말뚝선단에도 경계요소를 지정하여 말뚝선단과 지반 사이에서의 인장응력이 부착강도를 초과할 경우 말뚝선단과 지반이 서로 분리될 수 있도록 하였다.
여기서 σ zz)avg는 특정심도에서의 말뚝 수직응력의 평균값이고, Ap는 말뚝의 단면적이다. 특히 군말뚝의 경우 말뚝-지반 경계면에서의 상대변위 및 전단응력의 크기가 그 위치에 따라 큰 차이를 보이므로 특정심도에 대한 모든 경계면에서의 상대변위 및 전단응력의 평균값을 적용하였다.
대상 데이터
2(b)는 해석 단면도를 보여주고 있다. 해석에서 가정한 터널의 직경(D)은 8 m이며, 터널의 중심부(springline)는 지표면으로부터 26.2 m 하부에 위치하고 있다. 지표면에서 50 m 하부까지 풍화토층으로 구성된 것으로 가정하였다.
이론/모형
Table 1은 수치해석에서 적용한 지반 및 재료의 물성치를 정리하였는데, 이는 국내 풍화토 및 숏크리트의 일반적인 물성치이다(Lee, 2012b). 말뚝 및 숏크리트에는 등방탄성모델(isotropic elastic model)이 적용되었고, 풍화토에는 비관련흐름법칙(non-associasted flow rule) 및 MohrCoulomb의 파괴기준(failure criterion)을 따르는 탄소성 모델을 적용하였다. 말뚝의 경우 말뚝주변의 흙 요소(soil element)를 따로 지정하여 말뚝주변에서 발생하는 흙의 거동을 분석 할 수 있도록 하였으며, 터널막장면의 숏크리트 라이닝 또한 변위 및 휨모멘트를 분석할 수 있도록 흙 요소를 별도로 지정하였다.
말뚝의 경우 말뚝주변의 흙 요소(soil element)를 따로 지정하여 말뚝주변에서 발생하는 흙의 거동을 분석 할 수 있도록 하였으며, 터널막장면의 숏크리트 라이닝 또한 변위 및 휨모멘트를 분석할 수 있도록 흙 요소를 별도로 지정하였다. 말뚝의 시공으로 유발된 말뚝주면-지반 경계면에서의 강도감소를 고려하기 위하여 강도감소계수(Rint =0.7)를 적용하였다(Plaxis, 2012). 이를 통해 식 (1), (2)를 이용해 전단강도 상수(c′ int, Φ′ int)를 산정할 수 있다.
그러나 이를 초과하는 하중이 작용하는 경우 급격한 침하가 발생하고 있다. 본 연구에서는 말뚝에 발생한 하중-침하 관계로부터 말뚝의 설계지지력을 결정하기 위하여 널리 사용되는 Davisson (1972)의 방법을 적용하였다. 이를 통하여 Fig.
성능/효과
1. 터널굴착 종료 후 단독말뚝 및 군말뚝 중앙말뚝(centre pile)의 tunnelling-induced 말뚝두부의 침하는 Greenfield 조건의 지표면 침하와 비교하여 각각 대략 51%, 111% 더 큰 것으로 분석되었다. 또한 말뚝이 터널굴착 영향권 내부에 존재하는 경우 말뚝의 침하속도는 터널굴착이 말뚝선단의 하부 인근을 통과하는 Y/D = ‒0.
2. 군말뚝의 경우 단독말뚝에 비해 tunnelling-induced 말뚝의 침하는 증가하는데 비해, tunnelling-induced 말뚝의 축력은 말뚝과 인접지반이 일종의 블록과 유사한 형태로 거동하여 전단응력 전이가 크지 않으므로 매우 작게 발생하였다. 특히 터널굴착에 의한 지반손실율이 큰 경우 말뚝에서 횡방향으로 약간 이격된 군말뚝의 경우 상부구조물의 사용성에 유해한 영향을 줄 수 있는 정도의 침하가 발생할 수 있을 것으로 분석되었다.
3. 군말뚝 내 말뚝의 거동은 터널로 부터의 횡방향 이격거리는 물론 군말뚝 내에서의 위치(중앙, 모서리)에도 영향을 받는 것으로 분석되었다. 말뚝이 터널굴착 영향권 내부에 존재하는 Hp = 0D, 0.
4. 터널굴착으로 인한 단독말뚝의 겉보기안전율 변화 및 말뚝에 작용하는 최대 인장력/압축력을 분석한 결과 말뚝의 사용성에 가장 큰 영향을 받는 말뚝의 위치는 Hp = 0D인 경우로 tunnelling-induced 침하로 인해 겉보기안전율이 설계하중 작용조건에 비해 대략 45% 감소하였다. 또한 말뚝이 영향권 외부에 존재하더라도 Hp = 2D에 위치한 말뚝의 경우 Hp = 1D보다 큰 tunnelling-induced 압축력이 발생하였다.
또한 말뚝이 터널굴착 영향권 내부에 존재하는 경우 말뚝의 침하속도는 터널굴착이 말뚝선단의 하부 인근을 통과하는 Y/D = ‒0.5∼+0.5 구간에서 진행 될 때 가장 크게 변하는 것으로 분석되었다.
이는 말뚝의 거동이 말뚝과 인접한 지반에서 터널굴착으로 인한 침하의 크기 및 터널로부터의 말뚝 선단의 이격거리와 관련이 있음을 의미한다. 본 연구에서 가정한 지반 및 시공조건에서는 군말뚝에서의 말뚝의 부등침하가 크지 않지만, 터널굴착으로 인한 지반손실율이 큰 경우라면 상부구조물에 유해한 영향을 줄 수 있을 정도의 큰 전체침하량 및 부등침하가 발생할 가능성이 있는 것으로 판단된다.
말뚝이 터널굴착 영향권 내부에 존재하는 경우 tunnelling-induced 말뚝의 침하는 Greenfield 조건의 지표면 침하를 초과하는데 비해, 영향권 외부에 존재하는 경우는 그와는 반대의 경향을 보였다. 즉 말뚝의 거동은 터널굴착 영향권을 중심으로 서로 상이한 양상을 보였으며, Hp = 0D 말뚝의 경우 말뚝침하가 말뚝이 영향권 외부에 존재하는 Hp = 2D 말뚝에 비해 대략 2.54-3.40배 증가하였다.
터널굴착 단계에서 말뚝두부의 침하속도가 가장 크게 발생하는 경우는 터널이 Y/D = ‒0.5∼+0.5 부근을 통과하는 지점으로 나타났으며, 그 이후 터널굴착에 따른 말뚝두부의 침하속도는 현저히 감소되는 것으로 분석되었다.
5D, 1D, 2D)에서 단독말뚝 및 군말뚝의 두부침하를 보여준다. 터널굴착 종료 후 tunnelling-induced 말뚝의 침하는 Hp = 0D에서 가장 크게 발생하였으며, 말뚝의 횡방향 이격거리가 증가할수록 감소하는 경향을 보인다. 터널굴착 이전 말뚝두부에 작용한 상재하중에 의해서 발생한 말뚝두부의 침하는 군말뚝의 중앙말뚝(centre pile, 2번 말뚝)에서 가장 크게 발생하였다.
59로 나타났다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 말뚝의 겉보기안전율은 설계하중 결정시 사용된 안전율(2.00)을 기준으로 하여 비교하였을 때 말뚝선단이 영향권 내부에 존재할 경우 평균 대략 41% 감소하며, 영향권 외부에 존재할 경우 평균 24%정도 감소하는 것으로 분석된다. 따라서 말뚝이 터널 굴착 영향권 내부에 존재하는 경우 터널굴착으로 인해 말뚝의 사용성이 크게 저하될 수 있음을 알 수 있다.
후속연구
따라서 말뚝이 터널 굴착 영향권 내부에 존재하는 경우 터널굴착으로 인해 말뚝의 사용성이 크게 저하될 수 있음을 알 수 있다. 또한 터널굴착 영향권 외부에 말뚝선단이 존재하더라도 말뚝의 사용성이 저하될 가능성은 여전히 존재하므로 이를 명확히 검토해야 한다고 판단된다.
이는 말뚝에 작용하는 상대변위가 서로 상이하여 말뚝에 대한 인접지반의 상대위치에 따라 말뚝에 작용하는 전단응력 역시 다르다는 것을 의미한다. 이러한 이유로 추후 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 분석할 경우 인접지반의 상대위치에 대한 상세한 연구가 필요하다고 판단된다.
즉 말뚝선단이 터널 크라운의 바로 위에 존재하는 경우 말뚝의 사용성에 큰 문제가 유발되는 것을 알 수 있다. 특히 군말뚝의 경우 더 큰 침하가 발생하므로 이에 의해 유발될 수 있는 상부구조물의 안정성 저하를 적절히 검토해야 할 것으로 판단된다. 또한 유사한 방식에 의해 말뚝의 이격거리에 따라 겉보기 안전율은 Hp = 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터널공사를 실시할 경우 지반굴착은 어떤 영향을 미치는가?
최근 도심지에서 기존에 존재하는 구조물의 기초와 인접한 터널공사가 빈번하게 수행되고 있다. 터널공사를 실시할 경우 지반굴착은 필연적으로 주변지반의 침하를 유발하고 이로 인해 말뚝의 거동에 영향을 미쳐 변형을 유발시키고 축력분포에 영향을 주게 된다. 또한 지금까지 수행되어온 연구들에 의하면 기존에 존재하는 말뚝기초에 근접하여 터널이 시공되는 경우 터널굴착에 의한 지반의 침하로 말뚝-인접지반사이에 전단응력전이(shear stress transfer)가 유발되어 말뚝의 축력분포가 변화하게 된다고 보고되었다(Lee, 2012a; 2012b).
터널굴착에 의해 말뚝의 침하가 주로 발생하는 범위는 Y/D = ‒1.0∼+1.0 부근을 통과하는 지점으로 분석한 근거는?
4(a)에 나타나 있듯이 정규화된 침하 △net/△gr)max 및 △g/△gr)max는 터널의 굴착이 진행될수록 점차 증가함을 알 수 있다. 터널굴착 단계에서 말뚝두부의 침하속도가 가장 크게 발생하는 경우는 터널이 Y/D = ‒0.5∼+0.5 부근을 통과하는 지점으로 나타났으며, 그 이후 터널굴착에 따른 말뚝두부의 침하속도는 현저히 감소되는 것으로 분석되었다. 따라서 터널굴착에 의해 말뚝의 침하가 주로 발생하는 범위는 Y/D = ‒1.
본 연구에서 Plaxis 3D를 이용하여 무엇을 분석하였는가?
본 연구에서는 3차원 유한요소해석 프로그램인 Plaxis 3D (Plaxis, 2012)를 이용하여 터널굴착에 따른 말뚝의 거동을 모사하여 터널에 대한 말뚝선단(단독 및 군말뚝)의 횡방향 이격거리에 따른 말뚝의 거동을 분석하였다. Fig.
참고문헌 (26)
Attewell, P.B., Yeates, J., Selby, A.R. (1986), "Soil movements induced by tunnelling and their effects on pipelines and structures", Blackie, Glasgow. pp. 277-279.
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